PT777638E - Processo para o fabrico de pentafluoroetano - Google Patents

Description

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V I DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA O FABRICO DE PENTAFLUOROETANO"

Esta invenção relaciona-se com um processo para o fabrico de pentafluoroetano [HFC 125] e particularmente com um processo compreendendo o fabrico de pentafluoroetano por reacção de percloroetileno com fluoreto de hidrogénio na fase gasosa sobre um catalisador de fluoração tal como crómia.

Na WO 95/16654 foi proposto o fabrico de pentafluoroetano para utilização como ou como um componente de composições refrigerantes por hidrofluoração de percloroetileno ou dicloro-1,1,1-trifluoroetano [HCFC 123]. Podem ser obtidas conversões elevadas de percloroetileno e a selectividade do processo para o pentafluoroetano é aceitável. Contudo, são vulgarmente produzidos diversos intermediários e a corrente de produtos frequentemente contém um ou mais isómeros de diclorotetrafluoroetano [CFC 114/114a], diclorotrifluoroetano [HCFC 123/123a], clorotetrafluoroetano [HCFC 124/124a], clorotrifluoroetano [HCFC 133/133a], tetrafluoroetano [HFC 134/134a] e cloropentafluoroetano [CFC 115] bem como fluoreto de hidrogénio que não reagiu e o produto secundário cloreto de hidrogénio. Produtos intermediários tais como HCFC 123 e HCFC 124 são prontamente separados da corrente de produtos por destilação e podem ser reciclados para o reactor de hidrofluoração para fluoração adicional. O HCFC 133a e HFC 134a também são prontamente separados da corrente de produtos de pentafluoroetano por destilação mas não podem ser fluorados a pentafluoroetano por reciclagem no reactor de hidrofluoração por isso são geralmente removidos do processo.

As impurezas da corrente de produtos orgânicos, que podem estar presentes numa quantidade apreciável, por exemplo até ΙΟ Ι 20% em peso, variam desde compostos com ponto de ebulição baixo (ou leves) até compostos de ponto de ebulição elevado (ou pesados) em relação ao pentafluoroetano e a sua remoção da corrente normalmente é realizada sequencialmente numa série de colunas de destilação. Assim por exemplo, a corrente do reactor de fluoração pode ser alimentada a uma primeira coluna da qual são removidos fluoreto de hidrogénio, diclorotrifluoroetano [HCFC 123/123a] e outros pesados como uma fracção de cauda enquanto que o restante da corrente é removido como uma fracção de cabeça. A fracção de cauda da primeira coluna pode ser reciclada para o reactor de fluoração. A fracção de cabeça da primeira coluna, opcionalmente após lavagem aquosa e secagem, pode ser alimentada a uma segunda coluna de destilação da qual é removido pentafluoroetano [HCF 125] conjuntamente com cloropentafluoroetano [CFC 115] como fracção de cabeça enquanto que o restante da corrente, compreendendo sobretudo clorotetrafluoroetano [HCFC 124/124a], clorotrifluoroetano [HCFC 133/133a], tetrafluoroetano [ HFC 134/134a] e diclorotetrafluoroetano [CFC 144/144a] é removido como uma fracção de cauda. O pentafluoroetano (contendo cloropentafluoroetano) retirado como uma fracção de cabeça pode ser adicionalmente tratado para realizar a purificação do pentafluoroetano.

A fracção de cauda da segunda coluna pode ser alimentada a uma terceira coluna de destilação da qual o tetrafluoroetano [HFC 134/134a] é separado como uma fracção de cabeça e removido do sistema enquanto o restante da corrente é retirado como uma fracção de cauda e passado a uma quarta coluna de destilação da qual o clorotetrafluoroetano [HCFC 124/124a] é retirado como uma fracção de cabeça enquanto que o diclorotetrafluoroetano [CFC 114/114a] e o clorotrifluoroetano [HCFC 133/133a] são retirados como uma fracção de cauda. 0 clorotetrafluoroetano [HCFC 124/124a] pode ser reciclado para o reactor de fluoração para fluoração a pentafluoroetano [HFC 125]. As quantidades de CFC 2 ρ ^ ^ 114/114a e HCFC 133/133a na fracção de cauda da quarta coluna são geralmente tão baixos que a recuperação dos componentes não é económica e a mistura é normalmente eliminada, por exemplo por oxidação térmica.

Como referido acima, a lavagem aquosa é opcional. Quando este passo é excluído, as várias fracções de cabeça e de cauda das colunas podem conter fluoreto de hidrogénio para além dos componentes enumerados e os vários componentes podem estar na forma de azeótropos ou de composições semelhantes a azeótropos com fluoreto de hidrogénio.

De acordo com a presente invenção é proporcionado um processo para o fabrico de pentafluoroetano por reacção de percloroetileno com fluoreto de hidrogénio na fase de vapor sobre um catalisador de fluoração num reactor de fluoração com reciclagem de diclorotrifluoroetano e clorotetrafluoroetano para o reactor de fluoração em que o tetrafluoroetano também é reciclado para o reactor de fluoração.

No reactor de fluoração o tetrafluoroetano [HFC 134/134a] reciclado reage com cloreto de hidrogénio produzido no reactor para formar clorotrifluoroetano [HCFC 133a]. Tal como descrito anteriormente, o HCFC 133a é subsequentemente removido do processo (e normalmente é eliminado por oxidação térmica). Assim a reciclagem de tetrafluoroetano [HFC 134/134a] para o reactor de fluoração resulta na remoção de tetrafluoroetano do processo. A remoção e a reciclagem do tetrafluoroetano juntamente com clorotetrafluoroetano numa coluna de destilação reduz o número de colunas necessário para tratar a corrente de produtos do reactor de fluoração e em particular é obviada a necessidade de uma coluna dedicada à remoção de tetrafluoroetano. A invenção será agora ilustrada com referência aos desenhos em que as Figs. 1 e 2 apresentam diagramas de fluxo do processo em que tetrafluoroetano [HFC 134a] é separado 3 Γ

juntamente com clorotetrafluoroetano [HCFC 124] e reciclado para um reactor de fluoração em que o pentafluoroetano é produzido por reacção de percloroetileno com fluoreto de hidrogénio. A diferença entre os processos é que na Fig. 1 o diclorotetrafluoroetano [HCFC 123] intermediário é separado numa única coluna de destilação enquanto que na Fig. 2 o HCFC 123 é separado em duas colunas de destilação.

Com referência à Fig. 1, o percloroetileno e o fluoreto de hidrogénio são alimentados como o caudal 1 a um reactor de fluoração 2 contendo um catalisador de fluoração (por exemplo crómia ou crómia promovida por zinco) e aquecido a 200-400°C. A corrente de produtos resultante compreendendo pentafluoroetano e intermediários e impurezas é alimentada através de 3 a uma primeira coluna de destilação 4 operando a uma pressão de 8-12 bar e uma temperatura de 20-40°C. 0 HCFC 123, fluoreto de hidrogénio e outros compostos de ponto de ebulição relativamente elevado (pesados) são retirados da base da coluna 4 através de 5 e reciclados para o reactor de fluoração 2 conjuntamente com o percloroetileno e o fluoreto de hidrogénio alimentados através de 1. A restante corrente de produtos retirada do topo da coluna 4 através de 6 é lavada com água, seca e comprimida em 7 e alimentada através de 8 a uma segunda coluna de destilação 9 operando a uma pressão de 2,5-20 bar e uma temperatura de -25 até +45°C. O pentafluoroetano [HFC 125] é retirado do topo da coluna 9 através de 10 conjuntamente com cloropentafluoroetano [CFC 115] e a restante corrente de produtos é retirada da base da coluna através de 11 e alimentada a uma terceira coluna de destilação 12. A coluna 12 é operada a uma pressão de 1,6-20 bar e uma temperatura de 0-70°c e o tetrafluoroetano [HFC 134a] é retirado do topo via 13 juntamente com clorotetrafluoroetano [HCFC 124]. O HFC 134a e o HCFC 124 são reciclados para o 4 reactor de fluoração 2 juntamente com o HCFC 123, fluoreto de hidrogénio e percloroetileno.

Os diclorotetrafluoroetanos [CFC 114/114a] e o clorotrifluoroetano [HCFC 133a] são retirados da base da coluna 12 e alimentados através de 14 a e.g. um oxidante térmico para eliminação. O processo ilustrado na Fig. 2 é semelhante ao ilustrado na Fig. 1 excepto que a primeira coluna de destilação 4 é operada para separar apenas parte do diclorotrifluoroetano [HCFC 123]. Neste caso, o processo inclui uma quarta coluna de destilação 15 da qual é retirado o diclorotrifluoroetano [HCFC 123] como uma fracção de cauda através de 16 e é reciclado para o reactor de fluoração 2 enquanto os diclorotetrafluoroetanos [CFC 114/114a] e o clorotrifluoroetano [HCFC 133a] são retirados como uma fracção de cabeça e alimentados através de 17 a e.g. um oxidante térmico.

Em cada um dos processos ilustrados na Fig. 1 e na Fig. 2, o tetrafluoroetano [ HFC 134a] é convertido em clorotrifluoroetano [HFC 133a] no reactor de fluoração e o HCFC 133a é subsequentemente removido do sistema de modo que o HFC 134a é removido da corrente de produtos de pentafluoroetano sem necessidade de dispor de uma coluna de destilação dedicada para realizar a separação. 0 efeito global do processo de acordo com a invenção é a remoção da série de produtos 13* (HFC 134a e HCFC 133a] da corrente de produtos de pentafluoroetano, baseando-se a técnica na conversão de HFC 134a em HCFC 133a por reacção com o produto secundário cloreto de hidrogénio no reactor de fluoração. Uma reacção competitiva no reactor de fluoração é a reacção de HCFC 133a com fluoreto de hidrogénio para produzir HFC 134a de tal modo que uma técnica alternativa para remover a série de produtos 13* da corrente de produtos de pentafluoroetano seria 5

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t remover o HFC 134a do sistema e reciclar o HCFC 133a. Contudo, esta técnica alternativa sofre da desvantagem de ter de ser reciclado um grande volume de HCFC 133a. A fluoração de HCFC 133a para produzir HFC 134a é limitada pelo equilíbrio e em condições operatórias típicas para fazer HFC 125, a conversão de HCFC 133a em HFC 134a é de apenas cerca de 5% por passagem através do reactor de fluoração e tem de ser reciclado um grande volume de HCFC 133a. Calcula-se que na prática esta técnica alternativa para a remoção da série de produtos 13* envolveria um reciclado para a corrente em que o HCFC 133a é um dos componentes maioritários e corresponde até a um terço ou mais da corrente de reciclagem. Em contraste, a técnica de acordo com a invenção envolve a reciclagem de um volume extremamente pequeno de HFC 134a. A minimização do volume da corrente de reciclagem é uma vantagem adicional proporcionada pelo processo de acordo com a invenção. A descrição acima da invenção com referência aos desenhos inclui orientação sobre as condições operatórias para o reactor de fluoração e colunas de destilação utilizadas para produzir e tratar a corrente de produtos de pentafluoroetano mas entender-se-á que se trata apenas de uma orientação. As condições operatórias são bem conhecidas na arte. 0 catalisador do reactor de fluoração tipicamente será e preferencialmente é um catalisador à base de crómia.

Numa forma de realização preferida do processo de acordo com a invenção, o tetrafluoroetano é removido da corrente de produtos e reciclado juntamente com o HCFC 124. É matéria fácil determinar as condições operatórias óptimas para uma coluna de destilação para realizar a remoção de ambos o HFC 134a e o HCFC 124, opcionalmente juntamente com fluoreto de hidrogénio. Como orientação as condições operatórias típicas são uma pressão superatmosférica de desde 2 até 8 bar e uma temperatura de 0°C 6 até 50°C mas entender-se-á que a operação nestas condições não é uma caracteristica essencial da invenção.

Lisboa, 27 de Janeiro de 2000

AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL 7

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES Processo para o fabrico de pentafluoroetano por reacção de percloroetileno com fluoreto de hidrogénio na fase de vapor sobre um catalisador de fluoração num reactor de fluoração com reciclagem de diclorotrifluoroetano e clorotetraf luoroetano para o reactor de fluoração, caracterizado por o tetrafluoroetano também ser reciclado para o reactor de fluoração, no qual é convertido em clorotrifluoroetano que é subsequentemente removido do reactor por reacção com cloreto de hidrogénio produzido no reactor. Processo de acordo com a reivindicação 1 em que o tetrafluoroetano é separado da corrente de produtos de pentafluoroetano e reciclado juntamente com o clorotetrafluoroetano. Processo de acordo com a reivindicação 2 em que a separação do tetrafluoroetano e do clorotetrafluoroetano da corrente de produtos é realizada numa única coluna de destilação. Processo de acordo com a reivindicação 3 em que a coluna de destilação é operada a uma pressão de desde 1,6 até 20 bar. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou a reivindicação 3 em que a coluna de destilação é operada a uma temperatura de desde 0°C até 70°C. 1 6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores em que o catalisador de fluoração é um catalisador à base de crómia. Lisboa, 27 de Janeiro de 2000 AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL. V ^ 2